Второе поколение – транзисторы (1955-1965)

Транзистор был изобретен сотрудниками лаборатории Веll в 1955 году. В течение десяти лет транзисторы совершили револю­цию в производстве компьютеров, и к концу 50-х годов компьютеры на вакуум­ных лампах уже безнадежно устарели. Первый компьютер на транзисторах был построен в лаборатории МТИ.

Через несколько лет компания DEC разработала модель PDP-8. Главное нововведение – единственная шина, показанная на рисунке. Шина – это набор параллельно соединенных проводов для связи компонентов компьютера. Такая струк­тура с тех пор стала использоваться во всех компьютерах.

Рисунок – Шина компьютера PDP-8

 

Третье поколение – интегральные схемы (1965-1980)

Изобретение в 1958 году Робертом Нойсом кремниевой инте­гральной схемы означало возможность размещения на одной небольшой микро­схеме десятков транзисторов. Компьютеры на интегральных схемах были мень­шего размера, работали быстрее и стоили дешевле, чем их предшественники на транзисторах.

Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (1980-?)

Появление сверхбольших интегральных схем (СБИС) в 80-х годах позволило помещать на одну плату сначала десятки тысяч, затем сотни тысяч и, наконец, миллионы транзисторов. Это привело к созданию компьютеров меньшего разме­ра и более быстродействующих. До появления РDР-1 компьютеры были на­столько велики и дороги, что компаниям и университетам приходилось иметь специальные отделы (вычислительные центры).К 80-м годам цены упали так сильно, что возможность пррюбретать компьютеры появилась не только у ор­ганизаций, но и у отдельных людей. Началась эра персональных компьюте­ров.

Персональные компьютеры требовались совсем для других целей, чем их предшественники. Они применялись для обработки слов, электронных таблиц, а также для выполнения приложений с высоким уровнем интерактивности (на­пример, игр), с которыми большие компьютеры не справлялись.

Первые персональные компьютеры продавались в виде комплектов. Каждый комплект содержал печатную плату, набор интегральных схем, обычно вклю­чающий схему Intel 8080, несколько кабелей, источник питания и иногда 8-дюй­мовый дисковод. Сложить из этих частей компьютер покупатель должен был сам. Программное обеспечение к компьютеру не прилагалось. Покупателю при­ходилось писать программное обеспечение самому.

Первая версия IВМ РС была оснащена операционной системой MS-DOS, ко­торую выпускала тогда еще крошечная корпорация Microsoft.

Типы компьютеров

Компьютерная промышленность двигается вперед как никакая другая. Главная движущая сила – способность производителей помещать с каждым годом все больше и больше транзисторов на микросхему. Чем больше транзисторов (кро­шечных электронных переключателей), тем больше объем памяти и мощнее про­цессоры. Гордон Мур, один из основателей и бывший предсе­датель совета директоров Intel, сформулировал закон технологического прогресса, известный теперь под именем закона Мура. Когда Гордон готовил доклад для одной из промыш­ленных групп, он заметил, что каждое новое поколение микросхем появляется через три года после предыдущего. Поскольку у каждого нового поколения ком­пьютеров было в 4 раза больше памяти, чем у предыдущего, стало понятно, что число транзисторов на микросхеме возрастает на постоянную величину и, таким образом, этот рост можно предсказать на годы вперед. Закон Мура гласит, что количество транзисторов на одной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев, то есть увеличивается на 60 % каждый год. Размеры микросхем и даты их произ­водства подтверждают, что закон Мура действует до сих пор.

Спектр компьютеров

Развивать компьютерные технологии исходя из закона Мура можно двумя путями: создавать компьютеры все большей и большей мощности при постоян­ной цене или выпускать одну и ту же модель с каждым годом за меньшие деньги. Компьютерная промышленность идет по обоим этим путям, создавая широкий спектр разнообразных компьютеров. Очень примерная классификация совре­менных компьютеров представлена в таблице.

Таблица – Типы современных компьютеров. Указанные цены приблизительны

Тип	Цена, доллары	Сфера применения
«Одноразовые»	0,5	Поздравительные открытки
Встроенные (микроконтроллеры)	5	Часы, машины, различные приборы
Игровые	50	Домашние компьютерные игры
Персональные	500	Настольные и портативные компьютеры
Серверы	5000	Сетевые серверы
Комплексы рабочих станций	50 000-500 000	Супермини-компьютеры
Мэйнфреймы	5 000 000	Пакетная обработка данных в банке

 

Одноразовые компьютеры. В самой верхней строчке таблицы находятся микросхемы, которые приклеи­ваются на внутреннюю сторону поздравительных открыток для проигрывания мелодий типа «С Днем Рождения!», или чего-нибудь подобного.

Микроконтроллеры. Вторая категория в таблице отведена под компьютеры, которыми оснащаются разного рода бытовые устройства. Такого рода встроенные компьютеры, назы­ваемые также микроконтроллерами, выполняют функцию управления устройст­вами и организации их пользовательских интерфейсов. Диапазон устройств, работающих с помощью микрокомпьютеров, крайне широк (примеры даются в скобках):

· бытовые приборы (будильники, стиральные машины, сушильные аппара­ты, микроволновые печи, охранные сигнализации);

· коммуникаторы (беспроводные и сотовые телефоны, факсимильные аппа­раты, пейджеры);

· периферийные устройства (принтеры, сканеры, модемы, приводы CD-ROM);

· развлекательные устройства (видеомагнитофоны, музы­кальные центры, МРЗ-плееры, телеприставки);

· формирователи изображений (телевизоры, цифровые фотокамеры, видео­камеры, объективы, фотокопировальные устройства);

· медицинское оборудование (рентгеноскопические аппараты, томографы, кардиомониторы, цифровые термометры);

· военные комплексы вооружений (крылатые ракеты, межконтинентальные баллистические ракеты, торпеды);

· торговое оборудование (торговые автоматы, кассовые аппараты);

· игрушки (говорящие куклы, приставки для видеоигр, радиоуправляемые машинки и лодки).

Игровые компьютеры (приставки). Следующая категория – игровые компьютеры. Это, по-существу, обычные ком­пьютеры, в которых расширенные возможности графических и звуковых кон­троллеров сочетаются с ограничениями по объему программного обеспечения и пониженной расширяе­мостью. Первоначально в эту категорию входили компьютеры с процессорами низших моделей для простых игр типа пинг-понга, которые предусматривали вывод изображения на экран телевизора. С годами игровые компьютеры превра­тились в достаточно мощные системы, которые по некоторым параметрам произ­водительности ничем не хуже, а иногда даже лучше персональных компьютеров.

Компании-производители стандартных игровых компью­теров имеют обыкновение расширять ассортимент своей продукции за счет пор­тативных (переносных) игровых систем, питающихся от аккумуляторов. Эти системы по своим характеристикам ближе к встроенным системам, нежели к персональным компьютерам.

Персональные компьютеры. В следующую категорию входят персональные компьютеры. Именно они ассо­циируются у большинства людей со словом «компьютер». Персональные компь­ютеры бывают двух видов: настольные и портативные (ноутбуки). Как правило, те и другие комплектуются модулями памяти общей емкостью в сотни мегабай­тов, жестким диском с данными на несколько десятков гигабайтов, приводом DVD, модемом, звуковой картой, сетевым интерфейсом, монитором с высоким разрешением и рядом других периферийных устройств. На них уста­навливаются сложные операционные системы, они расширяемы, при работе с ними используется широкий спектр программного обеспечения.

Центральным компонентом любого персонального компьютера является пе­чатная плата, на которой устанавливаются модули процессора, памяти и уст­ройств ввода-вывода (звуковая плата, модем и т.д.), интерфейсы клавиатуры, мыши, дискового привода, сетевой платы и прочих периферийных устройств, а также расширительные гнезда.

Ноутбуки, кроме своей компактности, ничем не отличаются от настоль­ных ПК. В них устанавливаются аналогичные, хотя и меньшие по размеру, аппа­ратные компоненты. По возможностям выполнения и набору программ настоль­ные и портативные компьютеры не различаются.

К персональным очень близки карманные компьютеры (PDA). Они еще меньше, чем ноутбуки, однако процессор, память, клавиатура, дисплей и боль­шинство других стандартных компонентов персонального компьютера в них присутствуют.

Серверы. Мощные персональные компьютеры и рабочие станции часто используются в качестве сетевых серверов – как в локальных сетях (обычно в пределах одной организации), так и в Интернете. Серверы, как правило, поставляются в одно­процессорной и мультипроцессорной конфигурациях. В системах из этой кате­гории обычно устанавливаются модули памяти общим объемом в несколько ги­габайтов, жесткие диски емкостью в сотни гигабайтов и высокоскоростные сетевые интерфейсы. Некоторые серверы способны обрабатывать тысячи тран­закций в секунду.

С точки зрения архитектуры однопроцессорный сервер не слишком отли­чается от персонального компьютера. Он просто работает быстрее, занимает больше места, содержит больше дискового пространства и устанавливает более скоростные сетевые соединения.

Комплексы рабочих станций. В связи с тем, что по соотношению «цена/производительность» позиции рабо­чих станций иперсональных компьютеров постоянно улучшаются, в последние годы появилась практика их объединения в рамках кластеров рабочих станций (Clusters Of Workstations, COW), которые иногда называют просто «кластерами». Они состоят из нескольких персональных компьютеров или рабочих станций, подключенных друг к другу по высокоскоростной сети и снабженных специаль­ным программным обеспечением, которое позволяет направлять их ресурсы на решение единых задач (как правило, научных и инженерных). В большинстве случаев компоненты кластера – это совершенно обычные коммерческие машины, которые можно приобрести по отдельности в любом компьютерном магазине. Вы­сокоскоростные сетевые соединения, как правило, тоже можно организовать при помощи стандартных сетевых плат. Кластеры отличаются удобством масштаби­рования – любой кластер можно расширить с десятка до нескольких тысяч ма­шин. Количество компонентов кластера обычно ограничивается лишь толщиной кошелька покупателя. Поскольку компоненты кластеров достаточно дешевы, их приобретение могут себе позволить не только организации, но и их отделы.

Нередко в виде кластеров организуются веб-серверы. Если частота обраще­ний к страницам веб-сайта исчисляется тысячами в секунду, дешевле организо­вать кластер из нескольких сотен (или даже тысяч) серверов и распределить ме­жду ними нагрузку по обработке запросов. Кластеры, реализующие такую схему, часто называют серверными фермами (server farms).

Мэйнфреймы. Наконец мы дошли до больших компьютеров размером с комнату, напоминаю­щих компьютеры 60-х годов и традиционно называемых мэйнфреймами.

 Обычно они работают не намного быстрее, чем мощные серверы, но у них выше скорость процессов ввода-вывода и обладают они довольно большим простран­ством на диске – 1 Тбайт и более (1 терабайт = 10¹² байт). Такие системы стоят очень дорого и требуют крупных вложений в программное обеспечение, данные и персонал, обслуживающий эти компьютеры. Многие компании считают, что дешевле заплатить несколько миллионов долларов один раз за такую систему, чем даже думать о необходимости заново программировать все прикладные про­граммы для маленьких компьютеров.

В последние годы под влиянием Интернета наблюдается возрождение мэйн­фреймов как полноценной категории компьютеров. Они заняли нишу мощных серверов Интернета, способных обрабатывать огромное количество транзакций в секунду, что крайне актуально для электронной коммерции в целом и компа­ний, вынужденных обслуживать громадные базы данных, в частности.

До последнего времени существовала еще одна крупная категория вычисли­тельных машин – суперкомпьютеры. Их процессоры работали с очень высокой скоростью, в них устанавливались модули памяти общей емкостью в несколько десятков гигабайтов, высокоскоростные диски и сетевые интерфейсы. Супер­компьютеры используются для решения различных научных и технических за­дач, которые требуют сложных вычислений, например таких, как моделирование сталкивающихся галактик, синтез новых лекарственных препаратов, моделиро­вание потока воздуха вокруг крыла аэроплана. Сейчас, когда вычислительные возможности, аналогичные тем, что предлагают суперкомпьютеры, реализуются в виде кластеров, эта категория компьютеров постепенно отмирает.